Il bilanciamento delle celle è una tecnica fondamentale che migliora la durata della batteria massimizzando la capacità di un pacco batterie con più celle in serie. Assicurando che tutte le celle abbiano uno stato di carica simile, il bilanciamento delle celle garantisce che tutta l'energia della batteria sia disponibile per l'uso. In questo articolo analizzeremo come il bilanciamento delle celle migliora la durata della batteria ed esamineremo i metodi di bilanciamento attivo e passivo delle celle.

L'equilibrio delle cellule e la sua importanza

Il bilanciamento delle celle è una funzione chiave in un sistema di gestione delle batterie, come quelle presenti nei pacchi batteria agli ioni di litio, nei veicoli elettrici e nelle applicazioni di stoccaggio dell'energia. 

Le singole celle di un pacco batteria hanno spesso capacità diverse e Stati di carico SOC. Senza ridistribuzione del carico, la scarica deve interrompersi quando la cella con la capacità più bassa si svuota, anche se le altre non sono ancora vuote, limitando così la capacità di alimentazione del pacco.

Se il bilanciamento delle celle non viene effettuato, si verifica un punto debole nella cella con la capacità più bassa. In questo senso, il BMS ha questa funzione primaria, insieme ad altre funzioni vitali come il controllo termico, la carica e altri fattori che massimizzano la durata del pacco batterie.

In che modo il bilanciamento delle celle migliora la durata della batteria?

Il bilanciamento delle celle migliora la durata della batteria garantendo che tutte le celle di un pacco batterie abbiano uno stato di carica simile. 

Da un lato, il bilanciamento delle celle assicura che tutte le celle della batteria si scarichino in modo equilibrato, consentendo di sfruttare al massimo l'intera capacità del pacco batterie.

Inoltre, il bilanciamento delle celle impedisce che alcune di esse vengano sovraccaricate o scaricate più di altre, il che potrebbe danneggiarle irreparabilmente e ridurre la durata della batteria.

Si riduce anche il rischio di fuga termica causata da sovraccarico o sovrascarico, contribuendo a mantenere la temperatura della batteria entro intervalli di sicurezza.

Infine, è importante perché riduce al minimo i processi di degrado, impedendo che alcune celle vengano sovraccaricate o scaricate più di altre, il che prolunga la vita della batteria mantenendone la capacità e l'efficienza nel tempo.

Esistono due tipi di equilibrio cellulare: il bilanciamento attivo e il bilanciamento passivo.

Bilanciamento attivo delle cellule: vantaggi e limiti

Il bilanciamento attivo delle celle comporta il trasferimento di energia da una cella all'altra all'interno del pacco batterie. Ciò avviene attraverso circuiti di conversione che convogliano l'energia dalle celle con tensione o carica maggiore a quelle con tensione o carica minore. Alcuni vantaggi del bilanciamento attivo delle celle sono:

• Migliorare l'utilizzo della capacità.
• Maggiore efficienza energetica, evitando la dissipazione di energia sotto forma di calore.
• Estensione della vita cellulare.
• Bilanciamento rapido.

Sebbene il bilanciamento cellulare attivo offra numerosi vantaggi, presenta anche alcuni limiti, come ad esempio:

• Perdita di energia durante il trasferimento del carico (da 10% a 20% circa).
• Limitazione al trasferimento del carico solo da una cella superiore a una cella inferiore.
• Aumento della complessità degli algoritmi di controllo e dei costi di produzione a causa della necessità di interfacce elettroniche di potenza aggiuntive.

Bilanciamento passivo delle celle: vantaggi e limiti

Il bilanciamento passivo delle celle consiste nel bruciare l'energia in eccesso dalle celle con il carico più elevato attraverso elementi resistivi fino a quando il carico non viene equalizzato in tutte le celle. 

Alcuni vantaggi del bilanciamento passivo delle celle sono

• Non richiede il bilanciamento di una batteria.
• Evita di sprecare energia da una cellula che non ne ha.
• Permette a tutte le celle di avere lo stesso stato di carica (SoC).
• Offre un approccio economico al bilanciamento delle cellule.

Anche il bilanciamento passivo delle celle presenta alcune limitazioni, come ad esempio:

• Scarsa gestione termica.
• Non è completamente bilanciato in tutto il SoC, il che significa che l'energia in eccesso viene sprecata.
• Bassa efficienza di trasmissione della potenza a causa delle perdite termiche e di commutazione.
• Non migliora l'autonomia di un sistema alimentato a batteria.

Conclusione

Il bilanciamento delle celle di un pacco batteria si concentra sulla corrispondenza dello stato di carica (SoC) di ogni singola cella, piuttosto che sulla capacità totale. Se il pacco batteria è bilanciato correttamente dalla fabbrica, il sistema di gestione delle batterie (BMS) deve solo monitorare la corrente di bilanciamento. Questo è particolarmente vantaggioso perché si possono costruire pacchi batteria già bilanciati, eliminando la necessità di un BMS per eseguire un bilanciamento completo.

L'obiettivo di qualsiasi metodo di bilanciamento è quello di consentire al pacco batteria di funzionare al massimo delle prestazioni e di estendere la sua capacità utile. Per chi desidera ridurre al minimo i costi e correggere eventuali squilibri a lungo termine nella corrente di autoscarica delle celle, il bilanciamento passivo è l'opzione migliore. Con il bilanciamento passivo, una cella non può sprecare energia che non possiede. Solo quando il banco di energia è completamente caricoIn questo modo, una cellula dispone di energia sufficiente per bilanciarsi, evitando così inutili sprechi di energia.

La tecnologia brevettata da NCPOWER che migliora le prestazioni e l'efficienza delle batterie attraverso il bilanciamento delle celle, il sistema NCPOWER è una terza alternativa ai sistemi di bilanciamento tradizionali.

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